浅谈同期并网检测技术在应急发电自动投切系统中的应用

胡晓斌 杨阳 江丽丽

摘   要：应急发电设备在市电恢复供电后，应及时退出应急供电状态并切换为市电模式。关于负荷切换时如何保证无冲击电流和电压闪动以实现负荷平稳过渡的痛点问题，本文根据并网基本条件和原理，对并网电压、电流、相位及频率等关键参数进行检测分析，提出一种基于差频并网的同期检测方法及并网保护策略，能够保证在不停电状态下完成主线路零闪动切换和负荷供电电源的平稳过渡，切实高应急电源应用的安全性和可靠性。

关键词：应急发电系统  同期检测技术  差频并网  电压零闪动  保护策略

中图分类号：TM61                                  文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）05（a）-0003-02

发电车、UPS等应急电源装备是重要会议、大型活动以及其他对供电可靠性有严格要求场合的有效保电手段。其中，应急发电车、发电机等因具有移动灵活、方便运输和部署等特点，广泛应用于各类保电工作现场[1]，以避免市电长时间检修给供电企业形象造成不良影响。

然而，应急发电设备在市电恢复供电后，考虑到其自身发电时长、节能环保和经济性等因素，应及时退出应急供电状态并切换为市电模式。由于应急发电系统和市电系统的电压、电流、相位及频率参数不同，如何保证负荷切换时无冲击电流和电压零闪动以实现平稳过渡成为应急发电自动投切系统必须解决的问题，对于保护用电负载、应急发电设备以及供电系统的稳定都有极其重要的意义。

1  应急电源并网条件及工作原理

应急发电并网条件：（1）应急电源输出侧电压波形与市电系统电压波形相同;（2）应急电源输出频率与市电系统频率相同（频率差值满足区间±0.15Hz即可）;（3）应急电源与市电电压相序、相位、幅值相同（幅值压差在±2%区间内即可），压差数值越小，并网时波动越小越平稳[2-3]。

应急发电系统通过采集市电系统侧电压与自身输出侧电压对比，当两侧的电压压差、频差、相位及相序满足既定并网条件时，市电开关投入运行进行并网运行，实现市电的不停电投切。应急电源在退出时，通过应急发电系统的延时单元实现线路零闪动切换至主线路供电，确保市电恢复时平稳交接过渡。

2  同期并网关键参数影响分析

考虑到应急发电系统与市电并网运行可能造成的电压波动、进相运行、保护误动作及负荷冲击等异常事故，因此本文对同期并网的关键参数压差、频差、导前时间整定等进行影响分析，以避免可能导致的负荷损坏及电源系统剧烈波动现象。

2.1 并网允许压差值

应急电源输出侧电压幅值与市电系统电压幅值压差值超越并网允许压差值后，会引发无功电流冲击，这将对应急发电设备的发电机定子绕组产生过热或振动现象，甚至破坏发电机绕组正常运行，因此必须严格控制并网压差。

2.2 并网允许频差值

应急发电系统的频率和市电系统在并网运行时，从客观意义上讲，二者的频率不可能完全相同，只要满足一定的频差区间，不会影响二者同步运行。但如果频率差值超过一定范围，则应急发电系统和市电并网初始时刻，会产生短暂剧烈的有功功率暂态交换过程，直到市电系统将应急发电机拉入频率同步的运行状态。因此，过大的频差显然会加剧暂态交换过程并影响并网后进入稳态运行的暂态时间周期。

2.3 导前时间整定

导前时间是控制系统发出合闸命令时间与并网投切开关合闸时间之和。考虑到并网过程相位差导致的有功电流和无功电流冲击，需严格控制相位差对电网系统及负载设备的冲击破坏。因此，对应急发电系统在同期并网时导前时间的整定须加以限制，防止合闸指令过早发出或延迟发出。需要说明的是，这里的导前时间需要针对不同的断路器开关和应用现场进行实际测试获取。

3  同期并网检测技术实现

目前，应急发电系统大部分都是无人操作的自动投切系统，因此需具备同期并网自动检测功能。本文提出一种基于差频并网的同期检测方法及并网保护策略。

差频并网模式的主要思路是通过采集应急发电系统输出侧和市电系统侧电压、频率、相位，设计锁相电路和比较器电路，并按照模糊控制算法建立精确的函数模型进行快速运算，保障在频差符合并网区间内时自动完成并网合闸指令的发送。同时，该方法能够自动对发电机组频率和输出侧电压进行调节，以适应并网时频差、压差整定区间，确保以最快最平稳的方式完成自动并网。

此外，为防止并网不同期造成系统剧烈波动或震荡，同期并网单元应具备过流保护、过压保护及发动机过载保护等相应保护配置功能。过载保护主要是考虑并网合闸过程中，因检同期参数调整时间过长或并网失败导致应急发电系统机组过载导致发电设备发热严重或绝缘破坏问题。其次，并网时一旦电网系统发生震荡现象，必然导致系统电压抬升，容易引起负载绝缘击穿或放电打火。因此通常需設置过电压自动跳闸及报警等功能。过流保护通常最高设定为应急发电系统额定电流的1.2倍即可，当系统过载或并网失败引起电流冲击时，通过过流保护功能自动切断并网开关并进行报警，防止机组烧毁或设备损坏等电力事故发生。

4  结语

本文从应急发电系统和市电系统同期并网作用和并网原理及关键参数影响进行分析，提出一种基于差频并网的同期检测方法及并网保护策略，在市电恢复时，应急发电系统自动检测电网参数并实现同期并网，能够保证在不停电状态下完成主线路零闪动切换和负荷供电电源的平稳过渡，切实高应急电源使用的安全性和可靠性，同时对于应急发电自动投切系统的信息化、智能化运维具有重要推动作用。

参考文献

[1] 郭权利，郑俊哲，许鉴.新型自动准同期装置设计[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2006（2）：134-136.

[2] 李鹏飞，吕跃刚，刘吉宏，等.发电机组并网技术[J].中国电力，2009（11）：61-65.

[3] 盖家鹏，张忠社，韩江峰，等. 应急发电车并网控制技术研究与应用[J].电力设备，2018（24）：00.